BOZPinfo.cz logo
11:40 | Ctvrtek 18. 9. 2014

BOZPinfo Uvodni strana RADY PRO VAS LEGISLATIVA VYZKUM BOZP KNIHOVNA BOZP KALENDAR AKCI PRACOVNI MISTA
CASOPIS JOSRA MSP & OSVC

KDE JSEM: Hlavni strana > Casopis JOSRA > JOSRA 4 - 2008 > Overeni modelu sireni projevu a ucinku ohrozujicich udalosti - projekt SPREAD

Clanek

JOSRA 4 - 2008

Overeni modelu sireni projevu a ucinku ohrozujicich udalosti - projekt SPREAD

30.01.2009 | AUTOR: Ing. Michaela Havlova, RNDr. Mgr. Petr Skrehot, Mgr. Jan Pisala

Cast 3: Vyhodnoceni namerenych dat a interpretace vysledku

verification of the spread model of LIFE-endangering events effects and impacts –SPREAD project

Part 3: Evaluation of the measured data and result interpretation

Michaela Havlova1, Petr Skrehot2, Jan Pisala3

1T – SOFT spol. s r.o., havlova@tsoft.cz

2Vyzkumny ustav bezpecnosti prace, v.v.i., skrehot@vubp-praha.cz

3HaPMK Brno, jan@pisala.cz

Abstrakt

Tento clanek navazuje na predchozi dva dily publikace zamerene na prezentaci vyzkumneho projektu c. 1H-PK2/35 „Overeni modelu sireni ohrozujicich udalosti – SPREAD“ a cele tema zavrsuje rekapitulaci ziskanych vysledku. Pro pripomenuti, prvni dil byl zameren na popis pripravy terennich testu, vyber lokality, vhodnych terminu a dalsich nalezitosti dulezitych pro provadeni vlastnich testu. V druhem dile pak byly popsany postupy a materialne-technicke zajisteni testu, prubeh jejich provadeni a take zpusobu organizace prace v terenu. Tento, v poradi jiz treti a zaverecny dil, se pak snazi prezentovat zpusob vyhodnoceni ziskanych experimentalnich dat a predklada jejich interpretaci, tolik dulezitou pro overeni modelu rozptylu oblaku aerosolu vznikleho vybuchem.

Klicova slova: aerosoly, modelovani, rozptyl, terenni testy, atmosfera

Abstract

The article follows up the previous two sections in the publication presenting the results of the research project No. 1H-PK2/35 „Overeni modelu sireni ohrozujicich udalosti – SPREAD“, this subject tops recapitulation of the results obtained. To remind, the first part was focused on preparation of field tests, location selection, suitable dates and other items pertinent to the test run. The second part was dedicated to the proceedings and material and technical support of the tests, their run and field work organisation. The third and final part of the publication aims to present the way of evaluation of the selected experiment data and their interpretation which is an essential step for verification of dispersion model of an aerosol cloud being subject to explosion.

Keywords: aerosols, modelling, dispersion, field tests, atmosphere

Uvod

Experimenty provadene v realnych podminkach i meritku lze bezesporu povazovat ze nejzajimavejsi cast kazdeho vyzkumneho projektu. Vyhodnocovani ziskanych dat a jejich nasledna interpretace je ale pro uspesne reseni vzdy naprosto klicova. Proto je teto fazi nutne venovat znacnou pozornost a dokonale se na ni pripravit. Hlavni duraz by mel byt kladen na vyber a spravne pouziti metod, ktere umozni ziskana hruba data vhodnym zpusobem zpracovat. Snahou resitelu je ziskat jednoznacne a srozumitelne vysledky vyuzitelne dale v praxi, coz vsak nemusi byt tak snadne. Ze zkusenosti vime, ze behem temer kazdeho vyzkumu se obvykle vyskytnou neocekavane tezkosti, zejmena pak tehdy, pokud danou problematiku doposud nikdo po prakticke strance neresil a neni tedy mozne se oprit o zkusenosti druhych. Proto je nutne umet vhodne improvizovat, ale zaroven vyuzit takovych postupu, ktere jsou ve shode s jinymi, obecne uznavanymi pristupy a znalostmi, protoze kazdy vysledek musi byt vzdy reprodukovatelny a obhajitelny.

Vzhledem k tomu, ze terenni testy, jejichz cilem bylo prostudovat prubeh rozptylu oblaku aerosolu a urcit dosahy referencnich koncentraci aerosolu, probihaly ve trech seriich a na pomerne velke plose, kterou bylo letiste v Usti nad Labem, bylo ziskano velke mnozstvi experimentalnich dat. Jejich vyhodnocovani proto bylo nutne provadet nekolika ruznymi metodami a postupy, z nichz nektere byly spojeny s doplnujicimi laboratornimi experimenty. Vysledky, ktere se vsak nize popsanym zpusobem podarilo ziskat, budou dale vyuzity nejen pro validaci matematickeho aparatu rozptyloveho modelu, ale take vyznamnym zpusobem pomohly rozsirit obecne znalosti o rozptylu oblaku aerosolu emitovanych z jednorazovych zdroju smerem do realne atmosfery.

Vyhodnoceni provadenych testu

Urceni fazi rozptylu oblaku

Jak jiz bylo uvedeno v predchozim dile, soucasti terennich testu bylo take vizualni sledovani rozptylu oblaku. Ucelem bylo popsat chovani oblaku po vybuchu, tj. jeho rust a nasledny rozptyl a urcit zakladni faze rozptylu. Tyto skutecnosti totiz podle dostupnych zdroju doposud nebyly reseny, na rozdil napriklad od rozptylu oblaku z kontinualnich zdroju. Ziskane vysledky vyznamnou merou pomohly zpresnit navrzeny model, pro jehoz vyvoj bylo nutne znat velikost tzv. objemoveho zdroje jednorazove emise aerosolu. Tento objemovy zdroj predstavuje oblak, ktery jiz dale neroste na zaklade impulzu udeleneho jednotlivym casticim pri samotnem vybuchu. Krome toho, nacerpane poznatky take poslouzily pro kvalitativni popis mozneho ohrozeni osob po vybuchu spinave bomby, nebot znalost chovani takto vznikleho oblaku v case je nezbytnou podminkou pro definovani efektivnich zpusobu ukryti nebo evakuace.

Tvar oblaku bylo mozne popsat po dukladne analyze videozaznamu, pro odhad jejich rozmeru vsak bylo potreba pouzit matematickeho vypoctu. Krome site vyrobene z reflexnich motouzu umistene pred jednu z videokamer, byly pro vypocet vyuzity take ctyrmetrove tyce, ktere byly rozmisteny na hlavni linii detekcni site. Na techto tycich byly v predem definovanych vyskach umisteny fabory, ktere pro pozorovani z dalky poslouzily jako vertikalni meritko. Urceni vysky oblaku pak bylo provadeno na zaklade rozboru videozaznamu porizeneho z kamery, pred niz byla umistena sit z motouzu, a z kamery, ktera snimala rozptyl oblaku z profilu, tj. kolmo na hlavni linii tyci s detektory. Timto zpusobem se podarilo ziskat relevantni informace o rozvoji oblaku v case. Pro svou slozitost a casovou narocnost bylo stanoveni vysky oblaku provedeno jen pro tzv. typicke povetrnostni situace. Bylo totiz vypozorovano, ze rust oblaku a jeho rozptyl je vyrazne zavisly na teplotni stabilite atmosfery, takze lze pristoupit ke zjednoduseni, ktere sestava z detailni analyzy jen vybranych testu provedenych za ruznych podminek:

a) pri stabilnim az inverznim zvrstveni atmosfery (trida stability E, F),

b) pri indiferentnim zvrstveni (trida stability C) a

c) pri instabilnim zvrstveni (trida stability (A, B).

Ackoli byly v roce 2007 provadeny celkem tri serie terennich testu (duben, cerven a zari), optimalni podminky pro tato stanoveni panovaly pri dubnovych testech, kdy se prubezne vyskytly vsechny tri zminene stabilitni podminky. To bylo vyhodou, protoze bylo mozne pouzit stejneho rozmisteni merici techniky a take vyska pokosu travniku byla pri vsech techto testech stejna (koeficient drsnosti povrchu z0 cinil 0,45 cm). Stanoveni rozptylovych fazi tak bylo maximalne objektivizovano.

Urceni tridy stability atmosfery podle vnejsich podminek bylo provedeno pomoci Pasquillovy typizace zkonfrontovane s aktualnim merenim vybranych povetrnostnich prvku a doplnene o konzultaci s pritomnym meteorologem CHMU. Podminky pro vybrane testy shrnuje tabulka 2.

Oznaceni testu Datum/cas exploze Rychlost vetru ve 2 metrech Trida stability atmosfery Popis povetrnostni situace
DUBEN_3 25.4.2007
11:42:38
2,5 m.s-1 C V noci ubyvala oblacnost, zeslablo proudeni a vytvorily se tak podminky pro radiacni prochlazovani zemskeho povrchu a nasledny vznik radiacni prizemni teplotni inverze. Po vychodu slunce se stala radiacni a tepelna bilance zemskeho povrchu kladnou a puvodni prizemni inverze se transformovala na vyskovou s postupne se zvysujici spodni hranici. K zaniku radiacni teplotni inverze doslo v dobe mezi 9. a 10. hodinou dopoledne (casy jsou uvedeny v SELC). Pote prevladalo polojasne pocasi, zpocatku s indiferentnim, postupne s instabilnim vertikalnim teplotnim zvrstvenim.Proudeni bylo v rannich hodinach v prizemni vrstve jen slabe (do 2 m.s-1), s promenlivym smerem urcenym mistnimi podminkami. Po rozpusteni teplotni inverze prevladalo jizni az jihovychodni proudeni s rychlosti 3 az 6 m.s-1.
DUBEN_4 26.4.2007
8:00:15
0,5 m.s-1 E V noci se pri male oblacnosti a slabem proudeni vytvorila nejprve prizemni radiacni teplotni inverze, ktera se po vychodu slunce transformovala na vyskovou se stoupajici spodni hranici. Po 10. hodine uz teplotni inverze zanikla a teplotni zvrstveni bylo instabilni.Proudeni v prizemni vrstve bylo v rannich hodinach jen slabe (do 2 m.s-1), s promenlivym smerem danym mistnimi podminkami. Po rozpusteni inverze prevladalo jihovychodni proudeni, rychlosti dosahovaly na stanicich v regionu hodnot mezi 3 az 7 m.s-1.
DUBEN_6 26.4.2007
11:06:05
2 m.s-1 A

Tabulka 2: Podminky behem testu serie DUBEN vybranych pro stanoveni rozptylovych fazi oblaku aerosolu

Na zaklade provedene analyzy videozaznamu testu lze chovani oblaku v case obecne definovat nasledovne:

Po vybuchu oblak nebyl vzdy kompaktni a bylo mozne pozorovat nekolik oblacnych laloku zpusobenych patrne rozletem aglomeratu ci fragmentu. Po cca 6 vterinach se oblak jiz dale nerozsiroval do prostoru vlivem pocatecniho impulsu a nejvyssi partie zacaly klesat k zemi. Pri klesave fazi se oblak postupne rozsiroval pri zemi do stran a zacal se pohybovat ve smeru proudeni vetru. I pres to si ale hlavni cast oblaku udrzovala zpravidla tvar polokoule, ze ktere zespod jakoby „vytekal“ material do stran. V pripade, ze panuje indiferentni nebo instabilni zvrstveni, zacne vrcholova cast oblaku po nekolika vterinach vzlinat smerem vzhuru (cim instabilnejsi podminky, tim je tato doba kratsi). Tvar oblaku se tak zacne rozsirovat podel kuzele, pricemz spodni partie oblaku se diky treni o povrch pri svem pohybu „opozduji“ oproti svrchnim partiim. Dale se oblak naredoval vzduchem vstupujicim do nej turbulenci a rozptyluje se podle panujicich povetrnostnich podminek. 

Test DUBEN_3: Jiz po prvni fazi se zacal oblak rozsirovat podel kuzele, takze klesava faze se neuplatnila. Tuto skutecnost lze vysvetlit pouze tak, ze se uplatnil vliv proudeni (rychlost vetru byla cca 2 m.s-1).

Test DUBEN_4: U tohoto testu byla vyrazna faze poklesu. Opet panovalo temer bezvetri, takze oblak byl vice mene kompaktni. Prvni faze (faze rustu oblaku, resp. faze zastaveni rozsirovani vlivem pocatecniho impulsu) trvala v tomto pripade 11 sekund. Oblak se vyrazneji rozsiroval do stran, takze po 60 sekundach vytvoril jakysi plochy kolac s neohranicenymi hornimi partiemi. Nejvetsi mnozstvi materialu v tomto utvaru bylo mozno pozorovat do vysky cca 4 az 5 metru. Rychlost postupu oblaku byla cca 0,5 m.s-1. Pozitivne vzlinat zacal oblak az po 6,5 minutach, tj. ve vzdalenosti cela oblaku 160 metru od epicentra.

Test DUBEN_6: Po 5 vterinach od okamziku vybuchu prestal oblak rust vlivem pocatecniho impulsu a zacal se rozptylovat ve smeru proudeni, kde se rozsiroval podel kuzele. Rychlost pohybu oblaku cinila 1,5 az 2 m.s-1. Po 80 vterinach od vybuchu se jiz zacala uplatnovat konvekce, resp. oblak nabral vystupny proud, ktery jej zcela rozptylil ve vysce (to nastalo cca ve vzdalenosti 150 metru od epicentra).

Nize uvedene obrazky 23 az 26 graficky shrnuji vyse uvedene poznatky.

Obrazek 23: Vyvoj vysky oblaku v case pri ruznych stabilitnich podminkach (modra – indiferentni teplotni zvrstveni, fialova – stabilni teplotni zvrstveni, zluta – instabilni teplotni zvrstveni)

Obrazek 24: Vizualizace vyvoje tvaru a velikosti oblaku pri testu DUBEN_3 v case

Obrazek 25: Vizualizace vyvoje tvaru a velikosti oblaku pri testu DUBEN_4 v case

Obrazek 26: Vizualizace vyvoje tvaru a velikosti oblaku pri testu DUBEN_6 v case

Poznamka: Jelikoz jsou tvary oblaku vyneseny do grafu s casovou osou, neni v obrazcich zachovan realny pomer sirky oblaku ku vysce. Obrazky maji zachycovat predevsim tvar oblaku, tak, jak byl vyexportovan z videozaznamu, a dale vysku oblaku. V case se oblaky vzdy rozsirovaly take v horizontalnim smeru, coz nize uvedene obrazky nezahrnuji.

Vyse uvedena zjisteni potvrzena i u dalsich testu vedla ke zjisteni, ze pri rozptylu oblaku se postupne uplatnuji nasledujici ctyri hlavni faze:

1. Faze pocatecniho rustu – prvnich cca 6 vterin oblak roste, jednotlive castice ztraceji pocatecni impuls ziskany pri vybuchu a oblak zaujima tvar polokoule nebo tvar jemu podobny;

2. Faze poklesu (sestupu) – ty casti oblaku, kde je koncentrace castic dostatecne velka (vyjma okrajovych partii ruznych kupovitych laloku), zacnou klesat k zemi. Oblak nabyva tvaru plocheho kolace, ktery se pohybuje ve smeru vetru. Tato faze je pozorovana pouze v pripade, kdy rychlost vetru nepresahne cca 0,5 m.s-1. V ostatnich pripadech nastava rovnou faze rozptylu podel kuzele;

3. Faze rozptylu podel kuzele – jedna se o rozsirovani oblaku do prostoru, ktery je ohranicen plastem pomyslneho kuzele, ktery je orientovan tak, ze v jeho vrcholu lezi epicentrum, a jehoz osa miri ve smeru vetru. Vrcholovy uhel je zavisly na rychlosti proudeni a tride stability atmosfery – s rostouci rychlosti vetru a zvysujici se stabilitou atmosfery se zmensuje;

4. Faze pasivniho rozptylu (pozitivni vzlinani), popr. faze konvektivne vzlinava – nastava pri dostatecnem naredeni oblaku, ktery se zacne vyrazneji rozptylovat vertikalnim smerem (pri naredeni oblaku pod 1 % objemove). Pozitivni vzlinani urychluje pritomnost konvektivnich proudu.

Vyhodnoceni expozice terciku

Po sberu exponovanych terciku (viz druhy dil clanku) bylo nutne vyhodnotit, kolik castic aerosolu se na pasivnich detektorech behem expozice (tj. behem pruchodu oblaku detekcnim polem) deponovalo. Vyhodnoceni depozice bylo provedeno v laboratorich, kde jednotlive plastove vzorkovnice (typ Micro Mount) s grafitovymi terciky byly vizualne kontrolovany v binokularnim stereoskopickem mikroskopu (Kruss – Optronic system, Hamburg) s vrchnim osvetlenim (5500 K) a v UV svetle (366 nm a 254 nm). Timto zpusobem se docililo lepsiho vyniknuti nekterych druhu predevsim biologickych kontaminaci, jakymi byly napriklad pylova zrna, hmyz apod. Nasledne bylo provedeno planimetricke vyhodnoceni, ktere bylo provedeno vzdy na trech vybranych reprezentativnich mistech kazdeho terciku (v miste, kde bylo minimalni poskozeni vzorku a minimum nezadoucich kontaminaci). Plocha, na niz byla planimetrie aplikovana, byla o velikosti 1,5 mm2. Vysledky z jednotlivych scitani byly nasledne zprumernovany a prepocitany na jednotkovou plochu 1 cm2.

Bodova data ziskana planimetrickym vyhodnoceni byla dale zpracovana pomoci vybranych metod geostatistiky. Zakladem tohoto vyhodnocovani je teorie prostorove zavisle promenne, coz je velicina, jejiz hodnoty zaviseji na poloze bodu, v nichz byly stanoveny, v prostoru – v nasem pripade dvourozmernem. Jako optimalni metoda se pro nase ucely ukazala metoda odhadu – kriging. Tato metoda je zalozena na interpolaci vazeneho prumeru hodnot okolnich bodu, kdy se vahy jednotlivych hodnot urcuji na zaklade variogramu. Hlavni vyhodou krigingu, oproti bezne interpolaci, je krome zahrnuti vetsiho poctu hodnot do vypoctu take moznost urceni odhadu rozptylu vypoctene hodnoty. Postup pri analyze bodovych hodnot koncentraci byl nasledujici:

1. provedeni popisne statistiky,

2. sestrojeni histogramu,

3. analyza extremu a jejich vylouceni,

4. sestrojeni variogramu,

5. provedeni krigingu s uvazenim prislusneho variogramu,

6. vyneseni vysledku do graficke podoby s prumetem na detekcni sit.

Takto ziskane vysledky prezentovaly informaci o distribuci deponovanych castic vyjadrenou pomoci izoploch, tj. mist se stejnou plosnou koncentraci castic na 1 cm2  a to podel cele plochy detekcni site (150 x 400 metru) (viz obrazek 29). Tento vysledek sice poskytuje nazornou informaci o tom, kolik aerosolu se po vybuchu zachytilo na sledovane plose, ale nevypovida nic o dosazich jednotlivych objemovych koncentracich v ovzdusi od epicentra vybuchu ve smeru vanuti vetru. Behem testu byly sice pro kontinualni mereni koncentraci aerosolu v ovzdusi (v mg.m-3) pouzity laserove fotometry DustTrak, avsak vysledky z nich ziskane poskytovaly informaci o zmene koncentrace castic PM2,5 v case pouze v bode umisteni tohoto mericiho zarizeni (viz obrazek 27). Jejich vysledky bylo tedy mozne pouzit pouze jako ukazatele absolutnich hodnot maximalnich koncentraci v danych vzdalenostech od epicentra (v zavislosti na geometrii rozmisteni, ktera se prubezne menila za ucelem ziskani co nejsirsiho poctu relevantnich vysledku).

Obrazek 27: Podoba vystupu z laseroveho fotometru DustTrak – celkovy casovy prubeh koncentrace PM2.5 behem testu ZARI_6 (pruchod oblaku aerosolu znazornuji piky vpravo)

Ziskat z distribuce plosnych koncentraci udaje o koncentraci castic aerosolu v jednotkovem objemu vzduchu vsak je mozne, paklize je pro danou rychlost vetru znama ucinnost zachytu castic aerosolu dane velikostni frakce na pouzitych detektorech. Tato koncentrace vsak predstavuje pouze prumernou, nikoli maximalni, koncentraci, protoze je vypocitana z celkoveho poctu castic deponovanych na plose terciku po dobu pruchodu oblaku danym mistem.

Urcit ucinnost zachytu ale bylo mozne pouze na zaklade mereni ve vetrnem tunelu v laboratori. Prislusna mereni, ktera si vyzadala velke mnozstvi opakovani a stanovovani na celkem 90ti experimentalnich detektorech osazenych krabickami s terciky (tj. konstrukcne stejne detektory jako v pripade terennich testu), probehla v Ustavu pro zivotni prostredi Univerzity Karlovy v Praze. Pro mereni zmeny velikostni distribuce poctu castic v uzavrenem okruhu vetrneho tunelu byl pouzit aerodynamicky spektrometr castic (model APS 3321, TSI) s integracni dobou mereni pro kazdou velikostni frakci 6 sekund. Experimentalni castice byly do tunelu injektovany z generatoru aerosolu AGK 2000 (Palas GmbH). Kazde stanoveni bylo provadeno po dobu 30 minut, takze celkovy pocet velikostnich distribuci cinil kolem 300 pro kazdy jednotlivy experiment.

Vysledek z techto experimentu pak shrnuje obrazek 28, ktery uvadi ucinnost zachytu castic aerosolu (collection efficiency) pro rychlosti vetru od 0,5 do 5 m.s-1 pri velikosti castic 2,41 μm (coz odpovida medianu velikosti castic pocetni distribuce (CMD) prasku z mikromleteho kremene pouziteho pri terennich testech) a za podminky vanuti vetru kolmo na plochu terciku. Z obrazku je patrne, ze ucinnost zachytu je velmi mala – pohybuje se v radech 10-3 (pro rychlost vetru 1 m.s-1) az 10-2 (pro rychlost vetru 4 m.s-1), coz znamena, ze pouze cca kazda sta az tisici castice pohybujici se ve valci o plose odpovidajici plose terciku a kolme na tercik, se na nem zachyti. Z obrazku 28 je take patrne, ze podil zachyceneho aerosolu s rostouci rychlosti vetru roste, ale ani pri rychlosti vetru 5 m.s-1 nedosahuje ani 2%. Zbylych 98 % castic tak tercik „obtecou“ v turbulentnim proudeni, ktere vznika kolem tyce, na ktere je detektor s tercikem umisten.

Obrazek 28: Zavislost koeficientu ucinnosti zachytu na pasivni dozimetr na rychlosti proudeni

Ucinnost zachytu je v realne atmosfere zavisla take na smeru proudeni, pod kterym castice k detektoru prichazeji. Proto bylo nutne pro kazdy terenni test, resp. prislusnou rychlost vetru, hodnotu ucinnosti zachytu odectenou ze zavislosti uvedene na obrazku 28 jeste vynasobit hodnotou sin(?), kde ? je uhel, pod kterym vzduch k detektoru proudil (kolmo na plochu detektoru = 90, podelne = 0). Uvedenym postupem pak mohla byt stanovena prumerna koncentrace aerosolu v ovzdusi, ktera predstavuje hodnotu koncentrace odpovidajici stejne expozici behem pruchodu oblaku nad danym mistem jako v pripade realneho prubehu koncentrace (tj. plocha pod pikem (S1) je shodna s plochou obdelniku (S2)) (viz obrazek 29).

Obrazek 29: Vztah mezi prumernou koncentraci (oblast s modrymi teckami) a realnym prubehem koncentrace v case (srafovana oblast) behem pruchodu oblaku nad danym mistem

Zakladem pro vyhodnoceni vybranych testu, ktere byly hodnoceny jako dobre (jednalo se celkem o 7 testu z celkove provedenych 18), se tedy stal zakladni vystup z krigingu aplikovaneho na vysledky planimetrickeho stanoveni poctu castic na jednotlivych detektorech. Tento graficky vystup, ktery uvadi distribuci celkove depozice castic aerosolu v poctu castic na 1 cm2, je uveden na obrazku 29 (jedna se o test ZARI_6). Jak bylo zmineno vyse, tento vystup sice pomerne dobre vykresluje „stopu oblaku“ ve vysce 1,7 metru (vyska umisteni detektoru), ale nevypovida nic o koncentracich, ktere bylo v jednotlivych mistech detekcni site mozne namerit. Proto byly vysledky z planimetrickeho stanoveni prepocitany za vyuziti experimentalne stanovenych koeficientu ucinnosti zachytu pro prislusne povetrnostni podminky panujici behem jednotlivych testu (viz vyse) a takto ziskane hodnoty pak byly opet za pomoci krigingu vyneseny do grafickeho zobrazeni. Timto zpusobem byly ziskany vystupy v podobe prumerne koncentrace castic aerosolu, ktere byly v ovzdusi behem prechodu oblaku aerosolu, v jednotkach poctu castic na 1 cm3 (viz obrazek 30). Pri zohledneni hustoty pouziteho mikromleteho kremene (SiO2) a jednotkoveho objemu castice o prumeru 2,41 μm, tj. castice z nejpocetnejsi velikostni frakce (potvrzeno merenim Ustavu pro zivotni prostredi UK), bylo mozne vypocitat prumerne koncentrace aerosolu behem prechodu oblaku v mg.m-3, ktere byly opet za pomoci krigingu vyneseny do grafickeho zobrazeni (viz obrazek 31). Takto vyhodnocena data z vybranych testu v podstate predstavuji stezejni vysledky terennich testu, ktere poskytuji informaci, ktera je vyuzitelna v praxi, nebot z ni lze usuzovat i na davky, ktere mohou obdrzet exponovane osoby a tedy na ohrozeni obyvatelstva pri emisi nebezpecnych aerosolu.

Obrazek 29: Distribuce celkove depozice castic aerosolu v poctu castic na 1 cm2 na merene plose pro test ZARI_6

Obrazek 30: Prumerna koncentrace castic aerosolu behem prechodu oblaku v poctu castic na 1 cm3 pro test ZARI_6

Obrazek 31: Prumerna koncentrace aerosolu behem prechodu oblaku v mg.m-3 pro test ZARI_6

Vypocet profilu koncentrace aerosolu v case

Za vyuziti specialniho software byly vysledky z kontinualniho mereni koncentrace aerosolu z fotometru DustTrak pro tri vybrane testy (DUBEN_5, ZARI_2, ZARI_6) dale vyuzity pro vypocet profilu koncentrace aerosolu v case. Tento slozity vypocet byl zalozen na interpolaci hodnot koncentraci aerosolu PM2,5 namerenych jednotlivymi fotometry v tychz casovych okamzicich (pricemz integracni doba fotometru cinila 1 sekundu) behem prechodu oblaku pres jednotlive fotometry, ktere byly usporadany v linii (viz obrazek 31 – pozice fotometru jsou znazorneny znackami DT1 az DT8). Vysledky vypoctu byly pak take vyneseny do grafickeho zobrazeni (viz obrazek 32), kde na ose x je vynasen cas (v tomto pripade v SELC), na ose y vzdalenost dle kot detekcni site a jednotlive barevne odstiny uvnitr grafu pak predstavuji ruzne koncentrace podle skaly uvedene vpravo. Toto vyobrazeni tedy znazornuje, jake koncentrace aerosolu v mg.m-3 se vyskytovaly v prubehu casu podel linie, na ktere byly umisteny fotometry DustTrak, pricemz v pripade obrazku 32 se jedna o pricnou linii nachazejici se ve vzdalenosti 100 metru od epicentra vybuchu (jedna se konkretne o test ZARI_6). Da se rici, ze toto vyobrazeni v sobe zahrnuje vsechny ctyri rozmery casoprostoru soucasne – tri rozmery prostoru (x = 100 m (vzdalenost od epicentra vybuchu – umisteni linie fotometru); y = 20 m az 150 m (pozice na linii s rozmistenymi fotometry); z = 1,7 m (vyska fotometru nad zemi)) a rozmer casu (beziciho od okamziku vybuchu do ukonceni mereni).

Ackoli se jedna o vystup, jehoz interpretace je pomerne narocna, jeho prakticky vyznam je znacny. Poskytuje totiz informaci, jak moc se hodnota prumerne koncentrace aerosolu, tak jak jsme ji vypocitali na zaklade planimetrickeho stanoveni a nasledneho krigingu, lisi od maximalni hodnoty absolutni koncentrace, ktera se vyskytla v danem miste v prubehu pruchodu oblaku. Vystup krome toho take umoznuje ziskat predstavu o tom, jak byl oblak vnitrne strukturovan – napriklad, zda se v nem maximalni koncentrace aerosolu vyskytovaly na cele ci uprostred oblaku, anebo zda mel vice „hustsich“ ci „ridsich“ mist a kde. Pro jiz zminovany test ZARI_6, jehoz vyhodnoceni je uvedeno na obrazku 32, pak lze z vysledku vycist, ze ackoli v linii vzdalene 100 metru od epicentra vybuchu, kde byly fotometry umisteny, byla nejvyssi hodnota prumerne koncentrace castic aerosolu cca 0,5 mg.m-3 (viz obrazek 31), ale absolutni koncentrace aerosolu zde dosahovaly az hodnoty 4 mg.m-3, byly tedy 8x vyssi.

Obrazek 32: Profil koncentrace aerosolu v case v linii vzdalene 100 metru od epicentra vybuchu pro test ZARI_6

Maximalni koncentrace bylo dosazeno ve 13:12:02 SELC, tedy 107 sekund od vybuchu. Celo oblaku bylo ostre ohranicene (viditelny nahly vzrust koncentrace aerosolu ve 13:11:52 SELC; zeleny odstin zcela vlevo podle zaznamu na obrazku 27 zjevne k oblaku vznikleho po vybuchu nepatri), nejhustsi cast oblaku s koncentracemi nad 1 mg.m-3 mela zpocatku sirku 12 metru a postupne se oblak rozsiroval a zuzoval (od 13:11:52 do 13:12:10), coz svedci o jeho kompaktnosti a vypovida o ovalnem profilu. Ve 13:11:10 se vsak oblak opet prudce rozsiril, coz je dukaz o druhe „huste casti“ oblaku, ve ktere koncentrace prevysovaly hodnotu 1 mg.m-3. Rozmer oblaku v ose y, tedy jeho sirka zde dosahovala maximalne cca 60 metru. Take tyl teto druhe „huste casti“ oblaku byl pomerne ostre ohranicen, avsak nizsi koncentrace aerosolu, od 0,1 do 1 mg.m-3, se zde vyskytovaly jeste dalsich cca 35 sekund, z cehoz lze usoudit, ze se oblak v horizontalni rovine znacne protahl diky treni jeho zakladny o zemsky povrch. Z vypoctenych casovych intervalu lze pri vynasobeni hodnotou rychlosti vetru urcit take priblizny rozmer oblaku podel osy x, a to pro casovy okamzik, kdy touto linii prochazel tyl oblaku. Pro tento vypocet je ale nutne vzit v uvahu fakt, ze se cast oblaku prilehajici k zemskemu povrchu (do cca 5 metru vysky) nepohybuje stejnou rychlosti jako okolni proudeni vzduchu, ale pouze rychlosti odpovidajici cca 0,8 nasobku rychlosti vetru (tato hodnota byla urcena odbornym odhadem provedenym z videozaznamu). Tedy v pripade uvadeneho testu ZARI_6 cinil rozmer oblaku (zahrnujici casti s koncentracemi aerosolu vyssimi nez 0,1 mg.m-3) v case 150 sekund od vybuchu (tj. 107 s + 53 s) priblizne 64 metru – numericky vypocet je: 53 [s]  * 1,5 [m.s-1] * 0,8 ? 64 metru.

Zaver

Tento clanek byl zameren na prezentaci zpusobu reseni a vysledku projektu 1H-PK2/35 „Overeni modelu sireni ohrozujicich udalosti – SPREAD“, ktery byl za financniho prispeni Ministerstva prumyslu a obchodu CR resen v letech 2005 az 2008 konsorciem spolecnosti T-SOFT, s.r.o., Vyzkumny ustav bezpecnosti prace, v.v.i., ISATech, s.r.o. a Spolek pro chemickou a hutni vyrobu, a.s. Cilem clanku bylo nejen popsat obsahovou stranku projektu ci zdokumentovat postup jeho reseni, ale take zverejnit nove poznatky z oblasti rozptylu oblaku aerosolu, ktere jeho reseni prineslo. Toto tema nebylo vubec snadne, ale z predstavenych vysledku je patrne, ze si resitelsky tym dokazal poradit s celou radou problemu a tezkosti, ktere provazeji kazdy projekt, jehoz tezistem jsou experimenty provadene v terenu. A prave terenni testy lze jednoznacne oznacit za nejzajimavejsi cast reseni. Byly provedeny postupne v celkem peti seriich, z nichz tri zahrnovaly provedeni experimentu zamerenych na studium rozptylu oblaku aerosolu a zjisteni dosahu referencnich koncentraci, a kterym se take venoval tento tridilny clanek.

Prvni dil clanku byl zameren na fazi pripravy testu, predstavil lokalitu vybranou pro jejich realizaci, zpusob stanoveni nejvhodnejsich terminu i pozadavky na materialne-technicke zajisteni, coz byly klicove pozadavky pro uspesne provedeni vsech planovanych experimentu. Druhy dil pak detailne seznamoval se vsemi pracovnimi operacemi, ktere si vlastni provadeni testu vyzadalo. Mezi ne patrilo napriklad provedeni navrhu a konstrukce systemu sberu dat, provadeni operativnich analyz povetrnostni situace a mereni relevantnich meteorologickych velicin, snimani obrazu a rada dalsich. Treti a posledni dil tohoto clanku pak prezentoval vysledky, ktere projekt prinesl a take jejich interpretaci. Jednim z vystupu je podani detailniho popisu zpusobu rozptylu oblaku aerosolu vzniklych jednorazovou emisi (vybuchem) v realne atmosfere, kteremu se dle dostupnych odbornych praci doposud nikdo ve svete v teto siri a s timto zamerenim nevenoval. Vysledky testu take umozni validovat navrhovany rozptylovy model, jehoz softwarova podoba bude slouzit jako rychly vyhodnocovaci nastroj hasicum, zachranarum, odbornikum z praxe i urednikum zodpovednym za havarijni planovani. Krome techto zminenych prinosu se nabizeji i dalsi, ktere budou v ramci reseni projektu jeste realizovany.

Pri uvazeni vsech vyse uvedenych skutecnosti lze konstatovat, ze projekt splnil svuj cil, nebot nejenze byly uspesne reseny jeho jednotlive etapy, ale predevsim proto, ze prinesl radu unikatnich (puvodne neocekavanych) zkusenosti, poznatku a informaci, ktere postupne jiste naleznou uplatneni v ruznych oborech i mimo bezpecnostni inzenyrstvi ci krizove rizeni.

TISKNOUT | POSLAT MAILEM

G2PregenTime : 18.9.2014 11:40:49
G2NoPregenTime : 18.9.2014 11:40:49